DE102016013550B3

DE102016013550B3 - Profile measuring system for roughness and contour measurement on a surface of a workpiece

Info

Publication number: DE102016013550B3
Application number: DE102016013550.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2036-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Profilmesssystem für eine Rauheits- und Konturmessung an einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei das Profilmesssystem ein Laserinterferometer mit einem Hauptlaserstrahl und einem Referenzlaserstrahl, einen Tastarm und ein an diesem Tastarm befestigtes Messmittel aufweist und diesem Messmittel ein Reflektor zugeordnet ist und dieser Reflektor im Strahlengang des Hauptlaserstrahls angeordnet ist und wobei das Laserinterferometer und das Werkstück eine gemeinsame Basis aufweisen und der Tastarm von einem ersten Vorschub gegen diese Basis verschiebbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Profilmesssystem zu schaffen, bei dem Führungsfehler des Vorschubs keinen Einfluss auf das Messsignal haben und dennoch ein Ausmessen von sowohl kleinen Hohlräumen als auch komplex geformten Oberflächen möglich ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Hauptlaserstrahl (4) und der Referenzlaserstrahl (5) entlang des Tastarms (6) geführt sind und dass der auf den Reflektor (8) auftreffende Hauptlaserstrahl (4) echt parallel zu dem am Reflektor (8) reflektierten Hauptlaserstrahl (4) ausgerichtet und senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs (10) orientiert ist und dass im Strahlengang des Referenzlaserstrahls (5) ein Referenzreflektor (11) angeordnet und dieser fest mit dem Tastarm (6) verbunden ist und dass der auf den Referenzreflektor (11) auftreffende Referenzlaserstrahl (5) echt parallel zu dem am Referenzreflektor (11) reflektierten Referenzlaserstrahl (5) ausgerichtet und echt parallel zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs (10) orientiert ist.

The invention relates to a profile measuring system for a roughness and contour measurement on a surface of a workpiece, wherein the profile measuring system comprises a laser interferometer with a main laser beam and a reference laser beam, a sensing arm and attached to this sensing arm measuring means and this measuring means is associated with a reflector and this reflector in Beam path of the main laser beam is arranged and wherein the laser interferometer and the workpiece have a common base and the sensing arm is displaceable by a first feed against this base. The object of the invention is to provide a profile measuring system, in which guide errors of the feed have no influence on the measurement signal and yet a measurement of both small cavities as well as complex shaped surfaces is possible. This object is achieved in that the main laser beam (4) and the reference laser beam (5) along the scanning arm (6) are guided and that the incident on the reflector (8) main laser beam (4) real parallel to the reflector (8) reflected Aligned main laser beam (4) and is oriented perpendicular to the feed direction of the first feed (10) and that in the beam path of the reference laser beam (5) a reference reflector (11) arranged and this is firmly connected to the sensing arm (6) and that on the reference reflector ( 11) incident reference laser beam (5) real parallel to the reference to the reflector (11) reflected reference laser beam (5) aligned and true parallel to the feed direction of the first feed (10) is oriented.

Description

Die Erfindung betrifft ein Profilmesssystem für Rauheits- und Konturmessungen an einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei das Profilmesssystem ein Laserinterferometer mit einem Hauptlaserstrahl und einem Referenzlaserstrahl, einen Tastarm und ein an diesem Tastarm befestigtes Messmittel aufweist und diesem Messmittel ein Reflektor zugeordnet ist und dieser Reflektor im Strahlengang des Hauptlaserstrahls angeordnet ist und wobei das Laserinterferometer und das Werkstück eine gemeinsame Basis aufweisen und der Tastarm von einem ersten Vorschub gegen diese Basis verschiebbar ist.The invention relates to a profile measuring system for roughness and contour measurements on a surface of a workpiece, wherein the profile measuring system comprises a laser interferometer with a main laser beam and a reference laser beam, a sensing arm and attached to this sensing arm measuring means and this measuring means is associated with a reflector and this reflector in the beam path the main laser beam is arranged and wherein the laser interferometer and the workpiece have a common base and the sensing arm is displaceable from a first feed against this base.

Seit vielen Jahrzehnten ist das Tastschnittverfahren für die Rauheits- und Konturmessung an Werkstückoberflächen genormt und das in der Industrie am meisten eingesetzte Verfahren. Bei den hierfür verwendeten Profilmesssystemen wird eine an einem Tastarm befestigte Tastnadel mit definierter Geschwindigkeit über eine zu charakterisierende Oberfläche geführt, wobei die Tastnadel dabei der Kontur der Oberfläche folgt. Dabei wird die Kontur der Oberfläche als eine Messauslenkung (Lageverschiebung) der Tastnadel abgebildet. Die Messauslenkung der Tastnadel wird üblicherweise induktiv oder kapazitiv erfasst. Vereinzelt sind auch Systeme bekannt, bei dem die Erfassung der Messauslenkung optisch unter der Verwendung eines Interferometers erfolgt. In der Regel dient die Führung des Tastarms als Referenz für die Erfassung der Messauslenkung der Tastnadel. Fertigungsbedingt ist aber bei der Führung des Tastarms mit Führungsfehlern zu rechnen, die sich beispielsweise in eine Verkippung des Tastarms auswirken, womit die Messauslenkung der Tastnadel fehlerhaft bestimmt wird. Mit zunehmender Länge des Tastarms nimmt auch der Einfluss derartiger Führungsfehler auf die Messergebnisse zu.For many decades, the stylus method has been standardized for surface roughness and contour measurement and is the most widely used method in the industry. In the profile measuring systems used for this purpose, a fixed to a probe stylus is performed at a defined speed over a surface to be characterized, the stylus thereby follows the contour of the surface. The contour of the surface is imaged as a measurement deflection (positional shift) of the stylus. The measuring deflection of the stylus is usually detected inductively or capacitively. Sporadically, systems are also known in which the detection of the measurement deflection takes place optically using an interferometer. As a rule, the guidance of the probe arm serves as a reference for the detection of the measuring deflection of the stylus. For manufacturing reasons, however, guide errors must be expected in guiding the probe arm, which effects, for example, a tilting of the probe arm, whereby the measurement deflection of the probe needle is erroneously determined. As the length of the probe arm increases, so does the influence of such guide errors on the measurement results.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen eines Interferometers zur Erfassung der Messauslenkung der Tastnadel bekannt. So wird beispielsweise in JP 2008 051 602 A vorgeschlagen einen von einer Laserquelle emittierten Laserstrahl auf einen teiltransparenten Referenzspiegel zu führen, wobei der Laserstrahl dabei in einen Hauptlaserstrahl und einen Referenzlaserstrahl aufgeteilt wird. Der Hauptlaserstrahl wird am teiltransparenten Referenzspiegel reflektiert und über einen Strahlteiler einem Phasendetektor zugeführt. Der Referenzlaserstrahl passiert den teiltransparenten Referenzspiegel, wo dieser auf einen an der Messspitze befestigten Reflektor trifft. An diesem wird der Referenzlaserstrahl reflektiert und über den Strahlteiler ebenfalls dem Phasendetektor zugeführt. Am Phasendetektor werden der Hauptlaserstrahl und der Referenzlaserstrahl in Interferenz gebracht, sodass aus dem Gangunterschied des Hauptlaserstrahls und des Referenzlaserstrahls die Auslenkung der Messspitze bestimmt werden kann. Zur Abtastung der Oberfläche wird die Messspitze mit einem Vorschub bewegt. Während der gesamten Messung muss der teiltransparente Referenzspiegel in einer festen Position gegenüber der zu vermessenden Oberfläche gehalten werden. Sofern diese Voraussetzung erfüllt ist, haben Führungsfehler des Vorschubs der Messspitze keinen Einfluss auf Messung der Auslenkung. Für komplexe Bauteile ist es allerdings schwierig einen Referenzspiegel entlang des gesamten Messfeldes für die gesamte Messdauer im festen Abstand zur Werkstückoberfläche anzuordnen. Insbesondere beim Ausmessen der Innenwandung von Hohlräumen ist dieses Vorgehen ungeeignet.Various arrangements of an interferometer for detecting the measurement deflection of the stylus are known from the prior art. For example, in JP 2008 051 602 A proposed to guide a laser beam emitted from a laser source to a semi-transparent reference mirror, wherein the laser beam is split into a main laser beam and a reference laser beam. The main laser beam is reflected at the semi-transparent reference mirror and fed via a beam splitter to a phase detector. The reference laser beam passes through the semi-transparent reference mirror, where it meets a reflector attached to the measuring tip. At this the reference laser beam is reflected and also fed via the beam splitter to the phase detector. At the phase detector, the main laser beam and the reference laser beam are brought into interference, so that from the path difference of the main laser beam and the reference laser beam, the deflection of the measuring tip can be determined. To scan the surface, the measuring tip is moved with a feed. Throughout the measurement, the semi-transparent reference mirror must be kept in a fixed position relative to the surface to be measured. If this requirement is met, guide errors of the feed of the measuring tip have no influence on the measurement of the deflection. For complex components, however, it is difficult to arrange a reference mirror along the entire measuring field for the entire measuring period at a fixed distance to the workpiece surface. In particular, when measuring the inner wall of cavities, this procedure is unsuitable.

In DE 10 2013 009 175 A1 wird ein Profilmesssystem vorgeschlagen das einen Messkopf aufweist, welcher aus einer gegen die zu messende Oberfläche fixierten Einheit und einer gegen diese Einheit bewegbaren Scaneinheit besteht. Die Laserquelle und der Strahlteiler sind in der bewegbaren Einheit angeordnet. Der Referenzspiegel und der Phasendetektor sind in der fixierten Einheit integriert. Die Tastnadel mit dem Reflektor ist ebenfalls mit der bewegbaren Einheit fest verbunden. Der von der Laserquelle emittierte Laserstrahl wird an dem Strahlteiler in den Haupt- und Referenzlaserstrahl aufgeteilt. Der Referenzlaserstrahl wird an einem Umlenkspiegel auf den Referenzspiegel geführt, von diesem reflektiert und über ein nochmaliges Durchlaufen des Strahlteilers dem Phasendetektor zugeführt. Der Hauptlaserstrahl wird vom Strahlteiler auf den an der Messspitze befindlichen Reflektor geführt, von diesem reflektiert und über den Strahlteiler ebenfalls zum Phasendetektor geführt. Durch eine derartige Anordnung wird ein durch die Führung der bewegbaren Einheit verursachter Fehler eliminiert. Weiterhin wird der Einfluss einer schwankenden Laserquelle durch Vermeidung eines Totweges zwischen Hauptstrahl und Referenzstrahl unterbunden. Nachteilig ist allerdings, dass alle aufgeführten Elemente innerhalb des Messkopfes angeordnet sind und dieser damit eine entsprechend große Ausdehnung aufweist. Damit wird dem Ausmessen der Innenwandung von insbesondere kleinen Hohlräumen Grenzen gesetzt. Ebenso ist ein Führen der gesamten Einheit entlang komplexer Bauteile nur mit großem Aufwand möglich.In DE 10 2013 009 175 A1 a profile measuring system is proposed which has a measuring head, which consists of a fixed against the surface to be measured unit and a movable unit against this scan unit. The laser source and the beam splitter are arranged in the movable unit. The reference mirror and the phase detector are integrated in the fixed unit. The stylus with the reflector is also firmly connected to the movable unit. The laser beam emitted by the laser source is split at the beam splitter into the main and reference laser beams. The reference laser beam is guided at a deflection mirror on the reference mirror, reflected by this and fed to the phase detector via a repeated passage through the beam splitter. The main laser beam is guided by the beam splitter on the reflector located at the measuring tip, reflected by this and also guided via the beam splitter to the phase detector. Such an arrangement eliminates an error caused by the guidance of the movable unit. Furthermore, the influence of a fluctuating laser source is prevented by avoiding a dead path between the main beam and the reference beam. The disadvantage, however, that all the listed elements are arranged within the measuring head and thus has a correspondingly large extent. Thus, the measurement of the inner wall of particular small cavities limits. Likewise, guiding the entire unit along complex components is possible only with great effort.

Weitere interferometrische Profilmesssysteme sind aus US 4 153 370 A , EP 0 144 546 A1 , US 4 509 858 A , DD 139 760 B1 , DE 89 00 799 U1 und DE 32 01 007 A1 bekannt. Auch bei diesen Systemen ist der Strahlteiler, der den von der Laserquelle emittierten Laserstrahl in den Hauptlaserstrahl und den Referenzlaserstrahl aufteilt, im Bereich des Tastarms oder des Messmittels angeordnet. Damit wird auch hier das Messergebnis von Führungsfehlern des Vorschubs des Tastarms bzw. des Messmittels verfälscht.Further interferometric profile measuring systems are off US 4,153,370 A. . EP 0 144 546 A1 . US 4 509 858 A . DD 139 760 B1 . DE 89 00 799 U1 and DE 32 01 007 A1 known. In these systems too, the beam splitter, which divides the laser beam emitted by the laser source into the main laser beam and the reference laser beam, is arranged in the region of the scanning arm or the measuring means. Thus, the measurement result of guide errors of the feed of the probe arm or the measuring means is falsified here.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Profilmesssystem zu schaffen, bei dem Führungsfehler des Vorschubs keinen Einfluss auf das Messsignal haben und dennoch ein Ausmessen von sowohl kleinen Hohlräumen als auch komplex geformten Oberflächen möglich ist. The object of the invention is therefore to provide a profile measuring system, in which guide errors of the feed have no influence on the measurement signal and yet a measurement of both small cavities and complex shaped surfaces is possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der auf den Reflektor auftreffende Hauptlaserstrahl echt parallel zu dem am Reflektor reflektierten Hauptlaserstrahl ausgerichtet und senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs orientiert ist und dass im Strahlengang des Referenzlaserstrahls ein Referenzreflektor angeordnet und dieser fest mit dem Tastarm verbunden ist und dass der auf den Referenzreflektor auftreffende Referenzlaserstrahl echt parallel zu dem am Referenzreflektor reflektierten Referenzlaserstrahl ausgerichtet und echt parallel zu einem am ersten Vorschub positionierten Richtungsvektor der Vorschubrichtung des ersten Vorschubs orientiert ist und dass der auf den Reflektor auftreffende Hauptlaserstrahl und der auf den Referenzreflektor auftreffende Referenzlaserstrahl zumindest abschnittsweise in derselben Richtung entlang des Tastarms geführt sind.This object is achieved in that the incident on the reflector main laser beam is aligned real parallel to the reflector on the main laser beam and oriented perpendicular to the feed direction of the first feed and that in the beam path of the reference laser beam a reference reflector is arranged and this is firmly connected to the probe and that the reference laser beam impinging on the reference reflector is aligned real parallel to the reference laser beam reflected at the reference reflector and oriented true parallel to a directional vector of the feed direction of the first feed and that the main laser beam impinging on the reflector and the reference laser beam impinging on the reference reflector at least partially in the same direction along the Tastarms are guided.

Es wird vorgeschlagen, dass der Reflektor und/oder der Referenzreflektor retroreflektierend ausgebildet sind. Ein Reflektor wird vom Fachmann dahingehend als retroreflektierend verstanden, wenn dieser so ausgebildet ist, dass eine einfallende Strahlung weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Reflektors zurück zur Strahlungsquelle geworfen wird.It is proposed that the reflector and / or the reference reflector are designed to be retroreflective. A reflector is understood by the person skilled in the art to be retroreflective if this is designed such that an incident radiation is thrown back to the radiation source largely independently of the orientation of the reflector.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Reflektor und/oder der Referenzreflektor als Trippelspiegel oder als Reflektorkugel ausgestaltet sind.An embodiment provides that the reflector and / or the reference reflector are configured as a triple mirror or as a reflector ball.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Hauptlaserstrahl oder der Referenzlaserstrahl über einen Umlenkspiegel zum Reflektor bzw. Referenzreflektor geführt ist und dieser Umlenkspiegel fest mit dem Tastarm verbunden ist.A further embodiment provides that the main laser beam or the reference laser beam is guided via a deflection mirror to the reflector or reference reflector and this deflection mirror is firmly connected to the probe arm.

Es wird vorgeschlagen, dass der Umlenkspiegel teildurchlässig ausgebildet ist.It is proposed that the deflecting mirror is formed partially permeable.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Hauptlaserstrahl und der Referenzlaserstrahl über einen Umlenkspiegel vom Laserinterferometer zum Tastarm geführt sind.In a further embodiment it is provided that the main laser beam and the reference laser beam are guided via a deflecting mirror from the laser interferometer to the scanning arm.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Umlenkspiegel so ausgebildet ist, dass die Richtung des umgelenkten Hauptlaserstrahls bzw. des umgelenkten Referenzlaserstrahls unabhängig von der Ausrichtung des Umlenkspiegels ist.An embodiment provides that the deflecting mirror is formed so that the direction of the deflected main laser beam or the deflected reference laser beam is independent of the orientation of the deflecting mirror.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Umlenkspiegel als Pentaprisma ausgebildet ist.Furthermore, it is proposed that the deflection mirror is designed as a pentaprism.

In einer Ausführung ist der Tastarm über einen zweiten Vorschub senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs gegen die Basis verschiebbar und der auf den Reflektor auftreffende Hauptlaserstrahl senkrecht zur Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs orientiert.In one embodiment, the scanning arm is displaceable against the base via a second feed perpendicular to the feed direction of the first feed, and the main laser beam impinging on the reflector is oriented perpendicular to the feed direction of the second feed.

Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das Messmittel eine Tastnadel oder ein berührungslos messender Sensor ist und der Reflektor fest mit dieser Tastnadel bzw. mit diesem berührungslos messenden Sensor verbunden ist.A further embodiment provides that the measuring means is a stylus or a non-contact measuring sensor and the reflector is firmly connected to this stylus or with this non-contact measuring sensor.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Tastnadel eine Messauslenkung bzw. der berührungslos messende Sensor eine Fokussierrichtung aufweist, die senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs verläuft. Berührungslos messende Sensoren werten in der Regel meist die Lage von Fokusebenen aus. Wird beispielsweise ein konfokal-chromatische Weißlichtsensor verwendet, werden von diesem die fokussierten Bereiche einer Oberflächenaufnahme in Abhängigkeit von der Wellenlänge des für die Aufnahme verwendeten Lichtes erfasst. Die wellenlängenabhängigen Fokusebenen sind dabei entlang der Fokussierrichtung angeordnet.In a further embodiment, it is provided that the probe needle has a measuring deflection or the contactless measuring sensor has a focusing direction which runs perpendicular to the feed direction of the first feed. As a rule, non-contact sensors usually evaluate the position of focal planes. If, for example, a confocal-chromatic white light sensor is used, the focused areas of a surface image are detected as a function of the wavelength of the light used for the recording. The wavelength-dependent focal planes are arranged along the focusing direction.

Es wird vorgeschlagen, dass die Messauslenkung bzw. die Fokussierrichtung senkrecht zur Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs verläuft.It is proposed that the measurement deflection or the focusing direction is perpendicular to the feed direction of the second feed.

Ein derartiges Profilmesssystem hat den Vorteil, dass sich Führungsfehler des Vorschubs nicht auf das Messsignal auswirken. Dies wird dadurch erreicht, dass der Führungsfehler des Vorschubs im gleichen Maße die Weglängen des Hauptlaserstrahls und des Referenzlaserstrahls beeinflusst und dieser Fehler damit bestimmbar ist. Damit kann die Länge des Tastarms ohne Auswirkung auf die Messunsicherheit beliebig lang ausgelegt werden. Da der Reflektor und/oder der Referenzreflektor retroreflektierend ausgestaltet sind, wird sichergestellt, dass die an diesen reflektierten Haupt- bzw. Referenzlaserstrahlen auch bei einer starken Verkippung des Tastarms aufgrund etwaiger Führungsfehler immer zurück zum Laserinterferometer geführt werden. Ebenso stellt eine entsprechende Ausbildung der Umlenkspiegel (z.B. als Pentaprisma ausgestaltet) den vorgesehenen Strahlengang bei einer Verkippung des Tastarms sicher.Such a profile measuring system has the advantage that guide errors of the feed do not affect the measuring signal. This is achieved by the fact that the lead error of the feed affects the path lengths of the main laser beam and the reference laser beam to the same extent and this error can thus be determined. Thus, the length of the probe arm can be designed as long as desired without affecting the measurement uncertainty. Since the reflector and / or the reference reflector are designed to be retroreflective, it is ensured that the main or reference laser beams reflected thereon are always guided back to the laser interferometer even in the case of a strong tilting of the scanning arm due to possible guiding errors. Likewise, a corresponding design of the deflecting mirrors (designed, for example, as a pentaprism) ensures that the intended beam path is tilted when the scanning arm is tilted.

Da das Laserinterferometer außerhalb des Tastarms angeordnet ist, kann der Tastarm in seinen Abmessungen quer zur dessen Längsseite gering gehalten werden, sodass das Ausmessen von sowohl kleinen Hohlräumen als auch von komplex geformten Oberflächen möglich ist. Die Auflösung des Profilmesssystems kann über lange Vorschubwege und große Messbereiche konstant hoch (Subnanometerbereich) gehalten werden. Der Messbereich kann ohne Einbußen in der Auflösung und der Messunsicherheit des Systems beliebig groß gewählt werden, wobei dadurch Rauheits- und Konturmessungen mit einem Profilmesssystem gleichzeitig durchgeführt werden können. Weiterhin können mit dieser Vorrichtung auch spezielle Tastnadelkonfigurationen für Problemmesszonen (z.B. enge Hohlräume) realisiert werden. Bei der Verwendung einer Tastnadel als Messmittel kann die Messkraft der Tastnadel ohne zusätzliche Regelmechanismen konstant klein gehalten werden.Since the laser interferometer is arranged outside the probe arm, the probe arm can be kept small in its dimensions transversely to the longitudinal side, so that the measurement of both small cavities as well as complex Shaped surfaces is possible. The resolution of the profile measuring system can be kept constant high (subnanometer range) via long feed paths and large measuring ranges. The measuring range can be chosen arbitrarily large without sacrificing the resolution and the measuring uncertainty of the system, whereby roughness and contour measurements can be carried out simultaneously with a profile measuring system. Furthermore, with this device, special Tastnadelkonfigurationen for problem measuring zones (eg narrow cavities) can be realized. When using a stylus as a measuring means, the measuring force of the stylus without additional control mechanisms can be kept constant small.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 Eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Profilmesssystems
2 Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Profilmesssystems mit alternativer Anordnung des Referenzreflektors
3 Erfindungsgemäßes Profilmesssystem gemäß 1 mit alternativer Tastnadelkonfiguration
4 Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Profilmesssystems mit alternativer Anordnung des Vorschubs
5 Erfindungsgemäßes Profilmesssystem gemäß 4 mit alternativer Tastnadelkonfiguration
6 Erfindungsgemäßes Profilmesssystem mit einem konfokal-chromatischen Weißlichtsensor
7 Erfindungsgemäßes Profilmesssystem mit einem ersten und einem zweiten Vorschub

Hereinafter, an embodiment of the invention will be explained with reference to the drawings. Show it:

1 An embodiment of a profile measuring system according to the invention
2 A further embodiment of the profile measuring system according to the invention with an alternative arrangement of the reference reflector
3 Inventive profile measuring system according to 1 with alternative stylus configuration
4 An embodiment of the profile measuring system according to the invention with an alternative arrangement of the feed
5 Inventive profile measuring system according to 4 with alternative stylus configuration
6 Profile measuring system according to the invention with a confocal-chromatic white light sensor
7 Inventive profile measuring system with a first and a second feed

1 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Profilmesssystems 1 für eine Rauheits- und Konturmessung an einer Oberfläche 2 eines Werkstücks. Das Profilmesssystem 1 weist ein Laserinterferometer 3 mit einem Hauptlaserstrahl 4 und einem Referenzlaserstrahl 5, einen Tastarm 6 und ein an diesem Tastarm 6 befestigtes Messmittel 7 auf. Das Messmittel 7 ist als Tastnadel ausgebildet, die beispielsweise federnd gelagert sein kann. An dieser Tastnadel ist ein Reflektor 8 befestigt. Das Laserinterferometer 3 und das Werkstück weisen eine gemeinsame Basis 9 auf. Der Tastarm 6 ist so gelagert, dass dieser von einem ersten Vorschub 10 gegen diese Basis 9 verschiebbar ist. 1 shows an embodiment of a profile measuring system according to the invention 1 for a roughness and contour measurement on a surface 2 a workpiece. The profile measuring system 1 has a laser interferometer 3 with a major laser beam 4 and a reference laser beam 5 , a probe arm 6 and one on this probe arm 6 attached measuring device 7 on. The measuring device 7 is designed as a stylus, which may be resilient, for example. At this stylus is a reflector 8th attached. The laser interferometer 3 and the workpiece have a common base 9 on. The probe arm 6 is stored so that this from a first feed 10 against this base 9 is displaceable.

Der Hauptlaserstrahl 4 und der Referenzlaserstrahl 5 werden vom Laserinterferometer 3 ausgehend mit einem Abstand zueinander zumindest abschnittsweise in derselben Richtung entlang des Tastarms 6 geführt. An dem der Tastnadel zugeordneten Ende des Tastarms 6 ist ein Referenzreflektor 11 angebracht. Dieser Referenzreflektor 11 ist im Strahlengang des Referenzlaserstrahls 5 angeordnet, wobei der Referenzreflektor 11 so ausgebildet ist, dass der auf den Referenzreflektor 11 auftreffende Referenzlaserstrahl 5 echt parallel zu dem am Referenzreflektor 11 reflektierten Referenzlaserstrahl 5 ausgerichtet ist. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn der Referenzreflektor 11 als Tripelspiegel oder als Reflektorkugel ausgebildet wird. Derartige Tripelspiegel oder Reflektorkugeln sind dem Fachmann bekannt und werden an dieser Stelle nicht näher erläutert. Der auf den Referenzreflektor 11 auftreffende und der von diesem reflektierte Referenzlaserstrahl 5 sind echt parallel zu einem am ersten Vorschub positionierten Richtungsvektor der Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 orientiert. In der dargestellten Ausführungsform ist die Vorschubrichtung parallel zur Längsseite des Tastarms 6 und damit zwischen dem Laserinterferometer 3 und dem Reflektor 8 bzw. Referenzreflektor 11 echt parallel zum Haupt- und Referenzlaserstrahl 4, 5.The main laser beam 4 and the reference laser beam 5 be from the laser interferometer 3 starting at a distance from each other at least in sections in the same direction along the probe arm 6 guided. At the end of the stylus associated with the stylus 6 is a reference reflector 11 appropriate. This reference reflector 11 is in the beam path of the reference laser beam 5 arranged, the reference reflector 11 is designed so that the on the reference reflector 11 incident reference laser beam 5 really parallel to that at the reference reflector 11 reflected reference laser beam 5 is aligned. This is achieved, for example, when the reference reflector 11 is designed as a triple mirror or as a reflector ball. Such triple mirrors or reflector spheres are known to the person skilled in the art and are not explained in detail here. The on the reference reflector 11 incident and reflected by this reference laser beam 5 are really parallel to a first vector feed direction direction vector of the feed direction of the first feed 10 oriented. In the illustrated embodiment, the feed direction is parallel to the longitudinal side of the probe arm 6 and thus between the laser interferometer 3 and the reflector 8th or reference reflector 11 Real parallel to the main and reference laser beam 4 . 5 ,

Der Reflektor 8 ist im Strahlengang des Hauptlaserstrahls 4 angeordnet, wobei der Reflektor 8 so ausgebildet ist, dass der auf den Reflektor 8 auftreffende Hauptlaserstrahl 4 echt parallel zu dem am Reflektor 8 reflektierten Hauptlaserstrahl 4 ausgerichtet ist. Hierfür kann auch der Reflektor 8 beispielsweise als Tripelspiegel oder als Reflektorkugel ausgebildet sein. Der auf den Reflektor 8 auftreffende und der von diesem reflektierte Hauptlaserstrahl 4 sind senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 orientiert. Der Hauptlaserstrahl 4 wird über einen Umlenkspiegel 12 zum Reflektor 8 geführt, wobei der Umlenkspiegel 12 fest mit dem Tastarm 6 verbunden ist. Der Umlenkspiegel 12 ist so ausgebildet, dass die Richtung des umgelenkten Hauptlaserstrahls bzw. des umgelenkten Referenzlaserstrahls unabhängig von der Ausrichtung des Umlenkspiegels ist. Dies ist beispielsweise mit einem als Pentaprisma ausgebildeten Umlenkspiegel 12 zu erreichen. Auch Pentaprismen sind dem Fachmann bekannt und werden an dieser Stelle nicht näher beschrieben.The reflector 8th is in the beam path of the main laser beam 4 arranged, the reflector 8th is designed so that the on the reflector 8th striking main laser beam 4 Real parallel to the reflector 8th reflected main laser beam 4 is aligned. This can also be the reflector 8th be formed for example as a triple mirror or as a reflector ball. The on the reflector 8th incident and reflected by this main laser beam 4 are perpendicular to the feed direction of the first feed 10 oriented. The main laser beam 4 is via a deflection mirror 12 to the reflector 8th guided, wherein the deflection mirror 12 firmly with the probe arm 6 connected is. The deflection mirror 12 is formed so that the direction of the deflected main laser beam or the deflected reference laser beam is independent of the orientation of the deflection mirror. This is, for example, with a deflection mirror designed as a pentaprism 12 to reach. Also pentaprisms are known in the art and are not described in detail here.

Für eine Rauheits- und/oder Konturmessung wird zunächst der Tastarm 6 mit der Tastnadel soweit an die Oberfläche des Werkstücks herangeführt, dass die Tastnadel die Oberfläche 2 berührt. Wird der Tastarm 6 nun entlang der Oberfläche 2 geführt, wird die Rauigkeit dieser Oberfläche 2 in eine Messauslenkung 13 der Tastnadel abgebildet, wobei die Tastnadel so am Tastarm 6 angebracht ist, dass deren Messauslenkung 13 senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 verläuft. Diese Messauslenkung 13 verändert die Position des Reflektors 8 axial zum Hauptlaserstrahl 4 und verkürzt bzw. verlängert dessen Laufweg. Auf den Laufweg des Referenzlaserstrahls 5 hat die Messauslenkung 13 der Tastnadel keinen Einfluss. Somit ist die Messauslenkung 13 aus der Änderung des Laufweges des Hauptlaserstrahls 4 bestimmbar. Als Referenz dient hierbei der Laufweg des Referenzlaserstrahls 5. Die Bestimmung der Änderung des Laufweges des Hauptlaserstrahles 4 erfolgt mit Hilfe des Laserinterferometers 3. Beispielsweise werden in diesem der Hauptlaserstrahl 4 und der Referenzlaserstrahl 5 in Interferenz gebracht und dieses Signal ausgewertet oder beide Laserstrahlen 4, 5 werden Phasendetektoren zugeführt. Ebenso können der vom Interferometer 3 ausgesandte und wieder eintreffende Hauptlaserstrahl 4 bzw. der ausgesandte und wieder eintreffende Referenzlaserstrahl 5 jeweils untereinander in Interferenz gebracht werden und daraus der durch die Messauslenkung 13 verursachte Gangunterschied des Hauptlaserstrahls 4 bestimmt werden. Etwaige Führungsfehler des Vorschubs 10 des Tastarms 6 verändern die Weglängen des Haupt- und Referenzlaserstrahls 4, 5 gleichermaßen, sodass ein derartiger Führungsfehler keinen Einfluss auf das Messsignal hat. Der Referenzlaserstrahl 5 bildet dabei sozusagen die Bezugsgerade.For a roughness and / or contour measurement, the probe arm is first 6 with the stylus so far brought to the surface of the workpiece that the stylus the surface 2 touched. Will the probe arm 6 now along the surface 2 guided, the roughness of this surface 2 in a measuring deflection 13 imaged on the stylus, the stylus so on the Tastarm 6 attached is that their measurement deflection 13 perpendicular to the feed direction of the first feed 10 runs. This measurement deflection 13 changes the position of the reflector 8th axially to the main laser beam 4 and shortens or lengthens its path. On the way of the reference laser beam 5 has the measuring deflection 13 the stylus has no influence. Thus, the measurement deflection 13 from the change of the travel of the main laser beam 4 determinable. The reference path used here is the reference laser beam 5 , The determination of the change of the path of the main laser beam 4 done with the help of the laser interferometer 3 , For example, in this the main laser beam 4 and the reference laser beam 5 brought into interference and evaluated this signal or both laser beams 4 . 5 Phase detectors are supplied. Likewise, that of the interferometer 3 emitted and reentering main laser beam 4 or the emitted and again arriving reference laser beam 5 each be brought into interference with each other and from this by the Meßauslenkung 13 caused gait difference of the main laser beam 4 be determined. Possible leadership mistakes of the feed 10 of the probe arm 6 change the path lengths of the main and reference laser beam 4 . 5 equally, so that such a guide error has no influence on the measurement signal. The reference laser beam 5 forms the reference line, so to speak.

2 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Profilmesssystems 1 mit einer alternativen Anordnung des Referenzreflektors 11. Im Gegensatz zur Ausführung in 1 werden der Hauptlaserstrahl 4 und der Referenzlaserstrahl 5 nicht mit einem Abstand zueinander, sondern übereinander liegend entlang des Tastarms 6 geführt. Der Hauptlaserstrahl 4 wird über den Umlenkspiegel 12 auf den Reflektor 8 geleitet und dort wieder über den Umlenkspiegel 12 zurück zum Laserinterferometer 3 reflektiert. Der Umlenkspiegel 12 ist teildurchlässig, sodass ein Teil des vom Laserinterferometer 3 kommenden Laserstrahls 4, 5 den Umlenkspiegel 12 ohne Umlenkung passiert und auf den Referenzreflektor 11 trifft. Der am Referenzreflektor 11 reflektierte Laserstrahl (Referenzlaserstrahl 5) passiert ein zweites Mal den Umlenkspiegel 12 und wird zurück zum Laserinterferometer 3 geführt und steht als Referenz zur Analyse der Weglängenänderung des Hauptlaserstrahls 4 zur Verfügung. Auch bei dieser Anordnung haben Führungsfehler des Vorschubs 10 keinen Einfluss auf das Messsignal, da sich dieser Fehler gleichsam auf den Haupt- und Referenzlaserstrahl 4, 5 auswirkt. 2 shows a further embodiment of the profile measuring system according to the invention 1 with an alternative arrangement of the reference reflector 11 , Unlike the execution in 1 become the main laser beam 4 and the reference laser beam 5 not with a distance to each other, but one above the other along the probe arm 6 guided. The main laser beam 4 is over the deflecting mirror 12 on the reflector 8th headed and there again on the deflection mirror 12 back to the laser interferometer 3 reflected. The deflection mirror 12 is partially transmissive, so that part of the laser interferometer 3 coming laser beam 4 . 5 the deflection mirror 12 happened without deflection and on the reference reflector 11 meets. The at the reference reflector 11 reflected laser beam (reference laser beam 5 ) happens a second time the deflection mirror 12 and gets back to the laser interferometer 3 and is used as a reference for analyzing the path length change of the main laser beam 4 to disposal. Also in this arrangement have leadership error of the feed 10 no influence on the measurement signal, since this error is as it were on the main and reference laser beam 4 . 5 effect.

In 3 ist das erfindungsgemäße Profilmesssystem 1 gemäß 1 mit alternativer Tastnadelkonfiguration dargestellt. Bis auf die Ausgestaltung der Tastnadel ist dieses Profilmesssystem 1 identisch zu dem aus 1. Die Tastnadel weist zusätzlich einen Ausleger 14 auf, sodass die Tastnadel den Tastarm 6 überragt. Damit können mit diesem Profilmesssystem 1 auch die Oberflächen 2 von Hohlräumen des Werkstücks vermessen werden. Auch bei dieser Ausführungsvariante verläuft die Messauslenkung 13 der Tastnadel senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10.In 3 is the profile measuring system according to the invention 1 according to 1 shown with alternative Tastnadelkonfiguration. Except for the design of the stylus this profile measuring system 1 identical to that 1 , The stylus also has a boom 14 on, so that the stylus the Tastarm 6 surmounted. This can be done with this profile measuring system 1 also the surfaces 2 be measured by cavities of the workpiece. Also in this embodiment, the Meßauslenkung runs 13 the stylus perpendicular to the feed direction of the first feed 10 ,

4 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Profilmesssystems 1 mit alternativer Anordnung des ersten Vorschubs 10. Die Vorschubrichtung ist bei dieser Ausführung senkrecht zur Längsseite des Tastarms 6. Der Hauptlaserstrahl 4 und der Referenzlaserstrahl 5 werden vom Laserinterferometer 3 kommend über einen Umlenkspiegel 15 zum Tastarm 6 geführt. Auch dieser Umlenkspiegel 15 kann beispielsweise als Pentaprisma ausgebildet sein. Auf dem Weg zwischen Laserinterferometer 3 und Umlenkspiegel 15 verlaufen der Hauptlaserstrahl 4 und der Referenzlaserstrahl 5 im Wesentlichen echt parallel zur Vorschubrichtung 3 des ersten Vorschubs 10. Entlang des Tastarms 6 werden beide Laserstrahlen 4, 5 im Wesentlichen parallel zur Längsseite des Tastarms 6 geführt. Der Hauptlaserstrahl 4 wird am Ende des Tastarms 6 von dem an der Tastnadel befestigten Reflektor 8 zurückgeworfen und über den Umlenkspiegel 15 wieder zum Laserinterferometer 3 geführt. Der Referenzlaserstrahl 5 wird von einem am Ende des Tastarms 6 befestigten Umlenkspiegel 12 auf den Referenzreflektor 11 geführt. Von diesem Referenzreflektor 11 wird der Referenzlaserstrahl 5 dann wieder über die Umlenkspiegel 12, 15 zum Laserinterferometer 3 geführt, wo dieser als Referenz zur Analyse des zum Laserinterferometer 3 zurückkommenden Hauptlaserstrahls 4 dient. Wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsvarianten ist auch bei dieser Ausführung der auf den Reflektor 8 auftreffende Hauptlaserstrahl 4 senkrecht und der auf den Referenzreflektor 11 auftreffende Referenzlaserstrahl 5 echt parallel zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 orientiert. Die Messauslenkung 13 der Tastnadel verläuft senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10. 4 shows a further embodiment of the profile measuring system according to the invention 1 with alternative arrangement of the first feed 10 , The feed direction is perpendicular to the longitudinal side of the probe arm in this embodiment 6 , The main laser beam 4 and the reference laser beam 5 be from the laser interferometer 3 coming over a deflection mirror 15 to the probe arm 6 guided. Also this deflecting mirror 15 may be formed for example as pentaprism. On the way between laser interferometer 3 and deflecting mirrors 15 run the main laser beam 4 and the reference laser beam 5 essentially true parallel to the feed direction 3 of the first feed 10 , Along the probe arm 6 Both are laser beams 4 . 5 essentially parallel to the longitudinal side of the probe arm 6 guided. The main laser beam 4 will be at the end of the probe arm 6 from the reflector attached to the stylus 8th thrown back and over the deflecting mirror 15 back to the laser interferometer 3 guided. The reference laser beam 5 is from one at the end of the probe arm 6 fixed deflecting mirror 12 on the reference reflector 11 guided. From this reference reflector 11 becomes the reference laser beam 5 then again on the deflection mirror 12 . 15 to the laser interferometer 3 where this is used as reference for analysis of the laser interferometer 3 returning main laser beam 4 serves. As with the embodiments described so far, the reflector is also in this embodiment 8th striking main laser beam 4 perpendicular and on the reference reflector 11 incident reference laser beam 5 Real parallel to the feed direction of the first feed 10 oriented. The measuring deflection 13 the stylus is perpendicular to the feed direction of the first feed 10 ,

5 zeigt ein erfindungsgemäßes Profilmesssystem 1 gemäß 4 mit alternativer Tastnadelkonfiguration. 5 shows a profile measuring system according to the invention 1 according to 4 with alternative stylus configuration.

In 6 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen Profilmesssystems 1 dargestellt, dessen Messmittel 7 als berührungslos messender Sensor ausgebildet ist. Dieser berührungslos messende Sensor kann beispielsweise ein konfokal-chromatische Weißlichtsensor sein. Die Funktionsweise eines konfokal-chromatischen Weißlichtsensors ist dem Fachmann bekannt und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert. Der grundsätzliche Aufbau des Profilmesssystems 1 entspricht der Ausführung in 1. Abweichend hierzu wurde anstelle der Tastnadel der konfokal-chromatischen Weißlichtsensor verwendet. Der Reflektor 8 ist fest mit diesem verbunden, sei es, dass der Reflektor 8 direkt am Weißlichtsensor befestigt ist oder dass der Reflektor 8 am Tastarm 6 befestigt ist, der fest mit dem Weißlichtsensor verbunden ist. Durch den fest mit dem Tastarm 6 verbundenen Reflektor 8 ist es möglich, die Abweichung durch einen Führungsfehler des ersten Vorschubs 10 zu ermitteln und den Messwert des Weißlichtsensors entsprechend zu korrigieren. Der Weißlichtsensor weist eine Fokussierrichtung 16 auf, die senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 orientiert ist.In 6 is an embodiment of the profile measuring system according to the invention 1 represented, its measuring means 7 is designed as a non-contact measuring sensor. This non-contact measuring sensor can be for example a confocal-chromatic white light sensor. The mode of operation of a confocal-chromatic white-light sensor is known to the person skilled in the art and will not be explained in any more detail here. The basic structure of the profile measuring system 1 corresponds to the execution in 1 , Deviating from this, the confocal-chromatic white light sensor was used instead of the stylus. The reflector 8th is firmly connected to this, be it that the reflector 8th is attached directly to the white light sensor or that the reflector 8th on the probe arm 6 is fixed, which is firmly connected to the white light sensor. By firmly with the probe arm 6 connected reflector 8th it is possible the deviation by a guiding error of the first feed 10 to determine and to correct the measured value of the white light sensor accordingly. The white light sensor has a focusing direction 16 on, perpendicular to the feed direction of the first feed 10 is oriented.

7 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Profilmesssystems 1 mit einem zweiten Vorschub 17. Der Tastarm kann von dem ersten Vorschub 10 und dem zweiten Vorschub 17 gegen die Basis verschoben werden, wobei die Vorschubrichtungen des ersten und zweiten Vorschubs 10, 17 senkrecht zueinander verlaufen. In der Darstellung liegen die Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 in der Bildebene und die Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs 17 senkrecht zur Bildebene. Die gekreuzten Kreise sollen die senkrecht zur Bildebene verlaufende Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs 17 verdeutlichen. Der vom Laserinterferometer 3 kommende Haupt- und der Referenzlaserstrahl 4, 5 werden zunächst von einem ersten Umlenkspiegel 18 auf einen zweiten Umlenkspiegel 19 geführt, wobei der erste Umlenkspiegel 18 ebenfalls vom zweiten Vorschub angetrieben wird. Der zweite Umlenkspiegel 19 wird neben dem zweiten auch vom ersten Vorschub 17, 10 angetrieben. Beide Umlenkspeigel 18, 19 sind so ausgebildet, dass die Richtung des umgelenkten Hauptlaserstrahls bzw. des umgelenkten Referenzlaserstrahls unabhängig von der Ausrichtung des Umlenkspiegels ist (z.B. Pentaprisma). Vom zweiten Umlenkspiegel 19 werden der Haupt- und Referenzlaserstrahl 4, 5 im Wesentlichen parallel zur Längsseite des Tastarms 6 geführt. Der Hauptlaserstrahl 4 wird an dem Reflektor 8, der an der Tastnadel befestigt ist, reflektiert und über den ersten und zweiten Umlenkspiegel 18, 19 wieder zum Laserinterferometer geführt. Der Referenzlaserstrahl 5 wird am Ende des Tastarms 6 von einem weiteren Umlenkspiegel 12 auf den Referenzreflektor 11 geleitet und von diesem über die drei Umlenkspiegel 12, 19, 18 wieder zurück zum Laserinterferometer 3 geführt. Auf dem Weg vom Laserinterferometer 3 zum ersten Umlenkspiegel 18 sind der Haupt- und der Referenzlaserstrahl 4, 5 echt parallel zur Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs 17 geführt. Im Bereich zwischen ersten und zweiten Umlenkspiegel 18, 19 verlaufen der Haupt- und der Referenzlaserstrahl 4, 5 echt parallel zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10. 7 shows a further embodiment of the profile measuring system according to the invention 1 with a second feed 17 , The sensing arm can from the first feed 10 and the second feed 17 be moved against the base, wherein the feed directions of the first and second feed 10 . 17 perpendicular to each other. In the illustration, the feed direction of the first feed 10 in the image plane and the feed direction of the second feed 17 perpendicular to the image plane. The crossed circles should be perpendicular to the image plane extending feed direction of the second feed 17 clarify. The one from the laser interferometer 3 upcoming main and reference laser beam 4 . 5 be first from a first deflecting mirror 18 on a second deflection mirror 19 guided, wherein the first deflection mirror 18 is also driven by the second feed. The second deflection mirror 19 is next to the second from the first feed 17 . 10 driven. Both Umlenkkspeigel 18 . 19 are formed so that the direction of the deflected main laser beam and the deflected reference laser beam is independent of the orientation of the deflection mirror (eg pentaprism). From the second deflecting mirror 19 become the main and reference laser beam 4 . 5 essentially parallel to the longitudinal side of the probe arm 6 guided. The main laser beam 4 is at the reflector 8th , which is attached to the stylus, reflected and the first and second deflecting mirror 18 . 19 again led to the laser interferometer. The reference laser beam 5 will be at the end of the probe arm 6 from another deflecting mirror 12 on the reference reflector 11 directed and from this over the three deflecting mirrors 12 . 19 . 18 back to the laser interferometer 3 guided. On the way from the laser interferometer 3 to the first deflection mirror 18 are the main and reference laser beam 4 . 5 Real parallel to the feed direction of the second feed 17 guided. In the area between the first and second deflecting mirrors 18 . 19 run the main and the reference laser beam 4 . 5 Real parallel to the feed direction of the first feed 10 ,

Der auf den Reflektor 8 auftreffende Hauptlaserstrahl 4 ist echt parallel zu dem am Reflektor 8 reflektierten Hauptlaserstrahl 4 ausgerichtet und senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 orientiert. Der auf den Referenzreflektor 8 auftreffende Referenzlaserstrahl 5 ist echt parallel zu dem am Referenzreflektor 8 reflektierten Referenzlaserstrahl 5 ausgerichtet und echt parallel zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10 orientiert. Die Messauslenkung 13 der Tastnadel ist sowohl zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10, als auch zur Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs 17 ausgerichtet. Weiterhin ist die Messauslenkung 13 der Tastnadel sowohl senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10, als auch senkrecht zur Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs 17 orientiert.The on the reflector 8th striking main laser beam 4 is really parallel to the reflector 8th reflected main laser beam 4 aligned and perpendicular to the feed direction of the first feed 10 oriented. The on the reference reflector 8th incident reference laser beam 5 is really parallel to the reference reflector 8th reflected reference laser beam 5 aligned and true parallel to the feed direction of the first feed 10 oriented. The measuring deflection 13 the stylus is both to the feed direction of the first feed 10 , as well as the feed direction of the second feed 17 aligned. Furthermore, the measurement deflection 13 the stylus both perpendicular to the feed direction of the first feed 10 , as well as perpendicular to the feed direction of the second feed 17 oriented.

Mit einer derartigen Anordnung ist ein flächiger Scan einer Oberfläche zur Erfassung deren Rauheit und Kontur möglich. Die gewonnenen Informationen können dann beispielsweise in einem dreidimensionalen Höhenbild oder einem zweidimensionalen Höhenbild mit farblicher Markierung entsprechend des Höhenwertes dargestellt werden.With such an arrangement, a surface scan of a surface for detecting its roughness and contour is possible. The information obtained can then be displayed, for example, in a three-dimensional height image or a two-dimensional height image with color marking corresponding to the height value.

Neben der dargestellten Tastnadel können auch Tastnadelkonfigurationen entsprechend 3 und 5 verwendet werden. Ebenso kann anstelle der Tastnadel auch der konfokal-chromatische Weißlichtsensor angebracht sein, wobei hierbei die Fokussierrichtung 16 des Weißlichtsensors sowohl senkrecht zur Vorschubrichtung des ersten Vorschubs 10, als auch senkrecht zur Vorschubrichtung des zweiten Vorschubs 17 orientiert ist.In addition to the stylus shown also Tastnadelkonfigurationen can accordingly 3 and 5 be used. Likewise, the confocal-chromatic white light sensor may be mounted instead of the stylus, in which case the focusing direction 16 of the white light sensor both perpendicular to the feed direction of the first feed 10 , as well as perpendicular to the feed direction of the second feed 17 is oriented.

Das Messmittel 7 muss nicht zwingend am Ende des Tastarms 6 angeordnet sein. Sofern das Messmittel 7 mit dem Reflektor 8 beispielsweise in der Mitte des Tastarms 6 angebracht ist, sollte aber auch der Referenzreflektor 11 in diesem Bereich des Tastarms 6 positioniert sein.The measuring device 7 does not necessarily have to be at the end of the probe arm 6 be arranged. Unless the measuring means 7 with the reflector 8th for example in the middle of the probe arm 6 is appropriate, but should also be the reference reflector 11 in this area of the probe arm 6 be positioned.

Grundsätzlich ist dieses System für kombinierte Rauheits- und Konturmessungen, als auch für ausschließliche Rauheits- oder Konturmessungen geeignet.Basically, this system is suitable for combined roughness and contour measurements, as well as for exclusive roughness or contour measurements.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: ProfilmesssystemProfile Measurement System
22: Oberfläche (des Werkstücks)Surface (of the workpiece)
33: Laserinterferometerlaser interferometer
44: Hauptlaserstrahlmain laser beam
55: Referenzlaserstrahlreference laser beam
66: TastarmProbe arm
77: Messmittelmeasuring Equipment
88th: Reflektorreflector
99: BasisBase
1010: erster Vorschubfirst feed
1111: Referenzreflektorreference reflector
1212: Umlenkspiegeldeflecting
1313: Messauslenkungmeasurement deflection
1414: Auslegerboom
1515: Umlenkspiegeldeflecting
1616: Fokussierrichtungfocusing
1717: zweiter Vorschubsecond feed
1818: erster Umlenkspiegelfirst deflecting mirror
1919: zweiter Umlenkspiegelsecond deflection mirror

Claims

Profile measuring system for a roughness and contour measurement on a surface (2) of a workpiece, wherein the profile measuring system (1) comprises a laser interferometer (3) with a main laser beam (4) and a reference laser beam (5), a sensing arm (6) and on this probe arm (6) fixed measuring means (7) and this measuring means (7) is assigned a reflector (8) and this reflector (8) in the beam path of the main laser beam (4) is arranged and wherein the laser interferometer (3) and the workpiece a common base (9) and the probe arm (6) is displaceable by a first feed (10) against this base (9), characterized in that the main laser beam (4) striking the reflector (8) is actually parallel to the reflector (8) ) Reflected main laser beam (4) is aligned and oriented perpendicular to the feed direction of the first feed (10) and that in the beam path of the reference laser beam (5) arranged a reference reflector (11) and this fixed to the Tastarm (6) is connected and that the reference to the reflector (11) incident reference laser beam (5) real parallel to the reference reflector (11) reflected reference laser beam (5) aligned and real parallel to a at the first feed (10) positioned direction vector of the feed direction of the first feed (10) and that the main laser beam (4) impinging on the reflector (8) and the reference laser beam (5) impinging on the reference reflector (11) are guided at least in sections in the same direction along the probe arm (6).

Profile measuring system according to Claim 1 , characterized in that the reflector (8) and / or the reference reflector (11) are designed to be retroreflective.

Profile measuring system according to Claim 2 , characterized in that the reflector (8) and / or the reference reflector (11) are configured as a triple mirror or as a reflector ball.

Profile measuring system according to Claim 1 , characterized in that the main laser beam (4) or the reference laser beam (5) via a deflecting mirror (12) to the reflector (8) or reference reflector (11) is guided and this deflecting mirror (12) fixedly connected to the sensing arm (6) ,

Profile measuring system according to Claim 4 , characterized in that the deflecting mirror (12) is formed partially permeable.

Profile measuring system according to Claim 1 , characterized in that the main laser beam (4) and the reference laser beam (5) via a deflecting mirror (15, 18, 19) from the laser interferometer (3) to the scanning arm (6) are guided.

Profile measuring system according to Claim 4 or 6 , characterized in that the deflecting mirror (12, 15, 18, 19) is formed so that the direction of the deflected main laser beam (4) and the deflected reference laser beam (5) regardless of the orientation of the deflecting mirror (12, 15, 18, 19).

Profile measuring system according to Claim 7 , characterized in that the deflection mirror (12, 15, 18, 19) is designed as a pentaprism.

Profile measuring system according to Claim 1 , characterized in that the scanning arm (6) via a second feed (17) perpendicular to the feed direction of the first feed (10) against the base (9) is displaceable and that on the reflector (8) incident main laser beam (4) perpendicular to Feed direction of the second feed (17) is oriented.

Profile measuring system according to Claim 1 , characterized in that the measuring means (7) is a stylus or a non-contact measuring sensor and the reflector (8) is fixedly connected to this stylus or with this non-contact measuring sensor.

Profile measuring system according to Claim 10 , characterized in that the wand a Messauslenkung (13) and the non-contact measuring sensor has a focusing direction (16) which is perpendicular to the feed direction of the first feed (10).

Profile measuring system according to Claim 11 and 9 , characterized in that the Meßauslenkung (13) or the focusing direction (16) perpendicular to the feed direction of the second feed (17).